生物质能的利用氢能的开发和利用

我国的能源发展战略与政策思考——浅谈新能源的开发与利用作者：XXXXXXX[摘要]我国是一个能源生产和能源消费大国。

我国目前能源消费构成中煤炭比例过高，占能源消费总量的67％。

由于我国石油资源有限，要降低煤炭消费比例，只有通过增加天然气、水电、核电、可再生能源和新能源的使用量来实现。

新能源是指能可持续使用或可显著提高能源效率的能源，资源丰富，分布广泛，既不存在资源枯竭问题，又不会对环境构成严重威胁。

因此，人类越来越重视新能源的开发和利用。

我国现在正在开发利用的新能源主要有：风能，太阳能，生物质能，地热能，氢能等。

但，目前的开发利用量与其资源量相比还只是冰山一角。

因此通过大力发展新能源，替代煤炭，弥补石油、天然气的资源短缺，是我国长期能源发展战略和近期能源结构调整的重要选择。

[关键字]能源消费，新能源一、我国能源发展的现状我国目前能源消费构成中煤炭比例过高，占能源消费总量的67％，降低煤炭消费比例是调整能源结构的重要任务。

由于我国石油资源有限，要降低煤炭消费比例，只有通过增加天然气、水电、核电、可再生能源和新能源的使用量来实现。

根据我国矿产资源保证度的评价，我国石油和天然气资源远不能满足需求，除了煤炭，将来可以依赖的能源资源主要是可再生能源和新能源。

2002年我国一次能源消费量为14.8亿tce，居世界第2位。

能源消费基本走出了1997-1999年的负增长和2000年和2001年的低速增长时期，出现高速增长，超过能源消费量的历史高峰值（1996年的13.89亿tce）。

2002年我国能源消费量在世界能源消费总量中所占比重达10.6%，较2001年的9.1%上升了1.5个百分点。

表1、我国能源消费量在世界总量中所占比重从表1可知，我国是煤炭为主要能源的国家。

可是，地球所含能源的总量是不变的，如果我们在无限制的向地球索取能源的话，地球的能源总有一天会枯竭。

所以说，我们应从战略高度认真考虑发展新型能源，改善我国能源结构，实现能源的可持续发展。

第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用(教师用书独具)●课标要求1．通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。

2．了解人类利用太阳能、氢能的意义和人类面临的能源危机以及未来的新能源。

●课标解读1．了解太阳能、生物质能、氢能的开发利用。

2．了解人类面临的能源危机和未来的新能源。

●教学地位能源是人类生产、生活、科技必不可少的化石能源不可再生且污染严重，开发新能源成了各国的当务之急。

也是高考命题特别关注的热点之一。

(教师用书独具)●新课导入建议为了缓解当前能源紧张的问题，各国都在加大开发力度，研制、开发新型、高效、清洁能源，例如：用水力发电代替火力发电以减少燃料消耗；利用地热取暖、在日常生活中家庭用太阳能获得热水等等。

本课时将探讨这些方面的问题。

●教学流程设计课前预习：安排学生课前阅读相关教材内容，完成“课前自主导学”并讨论。

⇒步骤1：导入新课，分析本课教学地位。

⇒错误!⇒步骤3：对“探究”要引导学生阅读要点阐述，了解常见能源的开发利用及应注意的事项，通过【例】加强理解。

然后学生独立完成“变式训练1和2”，教师点评、纠错。

对“教师备课资源”根据实际可以补充。

⇓错误!⇐错误!1.地球上最基本的能源是太阳能，太阳能以光和热的形式传送到地面。

人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。

绿色植物通过光合作用吸收太阳能，动物食用植物内的淀粉、纤维素、蛋白质间接利用太阳能。

化石燃料蕴藏的能量也来自远古时期生物体吸收利用的太阳能，这些太阳能通过各种化学反应转化为化学能，化学能又可以通过各种形式转化为热能、光能或电能释放出来。

2．绿色植物对太阳能的利用转化绿色植物体内的叶绿素太阳能H 2O 、CO 2葡萄糖――→生成 淀粉或纤维素，把光能转化为化学能，化学方程式为6H 2O ＋6CO 2――→光叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2；淀粉、纤维素在动物体内水解为葡萄糖，继而被氧化生成CO 2和H 2O ，释放出热量，供给生命活动的需要。

可再生能源与能源化学在当今世界，能源问题是全球关注的焦点之一。

随着传统化石能源的逐渐枯竭以及其使用带来的环境问题日益严重，寻找和利用可再生能源成为了人类社会可持续发展的必然选择。

而能源化学作为一门研究能源转化、储存和利用的学科，在可再生能源的开发和应用中发挥着至关重要的作用。

首先，让我们来了解一下什么是可再生能源。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽、用之不竭的特点。

常见的可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等。

这些能源不仅清洁环保，而且在全球范围内分布广泛，为解决能源危机和环境问题提供了巨大的潜力。

太阳能是最常见也是最丰富的可再生能源之一。

通过太阳能电池板，我们可以将太阳的光能直接转化为电能。

能源化学在这个过程中主要研究如何提高太阳能电池的转化效率、降低成本以及延长使用寿命。

例如，科学家们致力于开发新型的半导体材料，以增强对太阳光的吸收和电荷传输能力。

同时，研究如何优化电池的结构和制造工艺，也是提高太阳能利用效率的关键。

风能也是一种重要的可再生能源。

风力发电是将风能转化为电能的常见方式。

在这个过程中，能源化学涉及到风机叶片材料的研发、电机的设计以及电能储存系统的优化。

为了提高风机的效率和可靠性，需要选择高强度、轻质的材料来制造叶片，同时研究高性能的电机和储能装置，以确保风能的稳定输出和有效利用。

水能是一种古老而又重要的可再生能源。

水力发电站利用水的势能转化为电能。

能源化学在这里主要关注水轮机的材料和设计，以及水库水质的保护和处理。

通过选择合适的材料和优化水轮机的结构，可以提高水能的转化效率，同时减少对环境的影响。

生物质能是指利用生物质（如农作物秸秆、木材废料、生活垃圾等）转化为能源的过程。

生物质可以通过燃烧、发酵、气化等方式转化为热能、电能和生物燃料。

能源化学在生物质能的开发中主要研究如何提高转化效率、降低污染物排放以及开发新型的生物燃料。

例如，通过改进发酵工艺，可以提高生物乙醇的产量和纯度；通过研发新型的气化催化剂，可以将生物质更有效地转化为合成气，进而制备液体燃料。

《太阳能、生物质能和氢能的利用》讲义在当今世界，能源问题日益凸显，寻找和利用清洁、可再生的能源成为了人类社会可持续发展的关键。

太阳能、生物质能和氢能作为三种重要的新能源，具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

一、太阳能的利用太阳能是地球上最丰富、最清洁的能源之一。

太阳每秒向宇宙空间释放的能量约为 38×10^26 焦耳，其中到达地球的能量虽然仅占其总量的二十亿分之一左右，但仍然相当于全球能源消耗总量的上万倍。

（一）太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用半导体材料的光电效应，将太阳能直接转化为电能的技术。

其基本原理是当光线照射到半导体材料上时，半导体中的电子吸收光子的能量，从价带跃迁到导带，形成自由电子和空穴对。

在电场的作用下，自由电子和空穴分别向正负极移动，从而产生电流。

光伏发电系统通常由太阳能电池板、控制器、逆变器和蓄电池等组成。

太阳能电池板是核心部件，其效率和成本是影响光伏发电广泛应用的关键因素。

目前，常见的太阳能电池材料有硅、碲化镉、铜铟镓硒等。

随着技术的不断进步，太阳能电池的效率逐渐提高，成本不断降低，光伏发电在全球范围内得到了迅速发展。

（二）太阳能光热利用太阳能光热利用是将太阳能转化为热能加以利用的技术。

常见的应用包括太阳能热水器、太阳能供暖和太阳能热发电等。

太阳能热水器是最为普及的太阳能光热应用之一。

它通过集热器吸收太阳能，将水加热后供家庭使用。

太阳能供暖系统则可以为建筑物提供冬季采暖，减少对传统能源的依赖。

太阳能热发电是通过聚光装置将大面积的阳光汇聚到一个小面积上，产生高温，进而驱动热机发电。

常见的太阳能热发电技术有塔式、槽式和碟式等。

（三）太阳能的优点和挑战太阳能的优点显而易见。

首先，它是一种取之不尽、用之不竭的能源，不会因为使用而枯竭。

其次，太阳能的使用过程中几乎不产生污染物，对环境友好。

然而，太阳能的利用也面临一些挑战。

例如，太阳能的能量密度较低，分布不均匀，受天气和地理位置的影响较大，具有间歇性和不稳定性。

目录前言 (3)何为生物能源 (3)生物能源的分类 (4)林业资源 (4)农业资源 (4)生活污水和工业有机废水 (4)城市固体废物 (5)开发利用 (5)固体产品 (5)燃料乙醇 (6)生物柴油 (6)生物沼气 (6)生物制氢 (7)生物发电 (7)总结 (7)摘要本文主要介绍了生物能源的分类，开发利用形式及相关产品，还有就是我国所具有的生物能源优势，并对其发展前景进行了预测。

关键词：生物能源分类开发利用生物燃料AbstractThis paper introduces the classification of bio-energy development and utilization of forms and related products, there is my country has the advantages of bio-energy, and its development prospects were predicted.Keywords Bioenergy Categories Exploitation Biofuels前言能源是人类活动的物质基础。

在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。

但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。

因此，开发新能源已成为全世界解决能源问题的共同出路。

与化石燃料相比，新能源具有可再生、对环境友好等特点，更符合人类可持续发展的目标。

其中，太阳能、风能、地热能、水能和潮汐能，是开发较早的新能源，已在实际生产生活中发挥了重要作用。

曾一度被人们看好的核能，有着极高的能量值，可是其高额的研究经费和潜在的巨大危害，令世界大多数国家望而却步。

而作为新能源中“排行”靠后的生物能源，却在最近几年内忽然人气锐增，势如破竹，被看作是“新能源家族中可实现度最高的未来能源”。

氢能源的开发和利用报告能源是现代社会人类生活、生产中必不可缺的东西。

随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越高。

然而在能源开发及利用的研究中，人们发现有的能源与一般传统的矿物能源不同，如太阳能、风能、潮汐熊等再生性能源。

氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高、清洁的绿色能源及能源载体，被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的主要桥梁。

作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值。

氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁。

氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。

用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。

所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体。

所以，研究利用氢能已成为国内外学者研究的热点。

1 氢能制备方法1.1 矿物燃料制氢在传统的制氢工业中，矿物燃料制氢是采用最多的方法，并已有成熟的技术及工业装置。

其方法主要有重油部分氧化重整制氢，天然气水蒸气重整制氢和煤气化制氢。

用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为：CH4+2H2O==CO2+4H2。

用蒸汽和煤作原料来制取氢气的基本反应过程为：C+2H2O==CO2+2H2。

虽然目前90％以上的制氢都是以天然气和煤为原料。

但天然气和煤储量有限，且制氢过程会对环境造成污染，按照科学发展观的要求，显然在未来的制氢技术中该方法不是最佳的选择。

1.2 电解水制氢电解水制氢工业历史较长，这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：2H2O==2H2＋O2目前常用的电解槽一般采用压滤式复极结构，或箱式单级结构，每对电解槽压在1.8～2.0V 之间，制取1 m3H2的能耗在4.0～4.5kwh。

氢能利用及技术发展方向综述一、氢能源的前景目前世界各国都在因地制宜的发展核能、太阳能、地热能、风能、生物能、海洋能和氢能等新型能源，其中氢能以资源丰富、热值高、无污染等优点被认为是未来最有希望的能源之一。

美、欧、日等发达国家都从国家可持续发展和安全战略的高度，制定了长期的氢能源发展战略。

美国的氢能发展路线图从时间上分为4 个阶段：①技术、政策和市场开发阶段；②向市场过渡阶段；③市场和基础设施扩张阶段；④走进氢经济时代。

从2000年至2040年，每10年实现一个阶段。

而欧盟划分为三个阶段，即短期，从2000年到2010年；中期，从2010年到2020年；中远期，从2020年到2050年。

第一阶段将开发小于500kW的固定式高温燃料电池系统(MCFCPSOFC）；开发小于300kW的固定式低温燃料电池系统(PEM)。

第二阶段是新的氢燃料家用车比例要达到5%，其他氢燃料交通工具比例达到2%。

所有车的平均二氧化碳排放量减少2.8g/km，二氧化碳年排放量减少1500万t。

第三阶段是新的氢燃料家用车比例要达到35%，其他氢燃料交通工具比例达到32%。

所有车的平均二氧化碳排放量减少44.8g/km，二氧化碳年排放量减少2.4亿t 。

中国对氢能的研究与发展可以追溯到上世纪60年代初，中国科学家为发展国家的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产、H2/02燃料电池的研制与开发进行了大量有效的工作。

上世纪7O 年代，将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发。

2003 年11月中国加入了“氢能经济国际合作伙伴”，成为其首批成员国之一。

在中国公布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》和《国家“十一五”科学技术发展规划》中都列入了发展氢能和燃料电池的相关内容。

目前中国已在氢能相关技术的研发领域取得了多方面的进展。

在国家科技部和各部委基金项目的支持下，中国已初步形成了一支由高等院校、中科院、能源公司、燃料电池公司、汽车制造企业等为主的从事氢能与燃料电池研究开发及利用的专业队伍，研发领域涉及氢经济相关技术的基础研究、技术开发和示范试验等方面。

第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用美国国家可再生能源实验室目前发现,向海藻的生存环境中加入指定酶,能抑制海藻产生糖,从而使其转向生产氢能。

近年来,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,把发展氢能作为21世纪新能源的战略目标。

按照美国氢能技术路线图,到2040年美国将走进“氢能经济”时代,氢能将取代化石能源成为广泛使用的终端能源。

1．了解利用太阳能的几种常见方式。

2．了解利用生物质能开发沼气和乙醇燃料的途径和方法。

3．简单了解太阳能、生物质能、氢能利用的现状,了解开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题以及氢能源开发的价值与方向。

4．认识开发、利用高效、清洁能源的重要性和迫切性。

一、太阳能的利用1．太阳能是地球上最基本的能源。

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。

太阳能作为可再生能源的一种,则是指太阳能的直接转化和利用。

2．大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用。

植物体内的叶绿素相当于一个小型工厂,它在太阳光作用下,把CO2、H2O转化为葡萄糖,进而生成淀粉、纤维素等,从而把光能转化为化学能。

(1)光能转化为化学能的方程式：6CO 2＋6H 2O ――→光叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2。

(2)化学能转化为热能的方程式：C 6H 12O 6＋6O 2―→6H 2O ＋6CO 2。

二、生物质能的利用1．生物质的定义生物质是指一切有生命的可以生长的有机物质,它包括世界上所有的动物、植物和微生物,以及由这些生物产生的排泄物和代谢物。

各种生物质都具有一定的能量,称之为生物质能量。

2．生物质能的含义生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。

生物质能包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。

3．生物质能的利用方式(1)直接燃烧(用化学方程式表示)：(C 6H 10O 5)n ＋6n O 2――→点燃6n CO 2＋5n H 2O 。